三极管及放大电路

关于三极管及放大电路第1页，课件共84页，创作于2023年2月§4.1晶体三极管一、基本结构NNPNPN型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BBCCEEPNP型基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高第2页，课件共84页，创作于2023年2月BECNNP基极发射极集电极发射结集电结第3页，课件共84页，创作于2023年2月BECNNPBECPPNEBCBEC*

三极管的符号NPN型三极管PNP型三极管第4页，课件共84页，创作于2023年2月二、IE，IB，IC

电流形成BECNNPEBRBECIE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB

，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。IB第5页，课件共84页，创作于2023年2月BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEICE从基区扩散到集电区的电子，被收集，形成ICE。BJT内部载流子的传输过程：（1）、E区向B区注入电子,形成IE（2）、电子在B区复合，形成IB

（3）、C区收集电子，形成ICIB第6页，课件共84页，创作于2023年2月三、

V-I特性曲线及结论iCmAAVVvCEvBERBiBECEB

实验线路第7页，课件共84页，创作于2023年2月(一)、输入特性:vCE1ViB(A)vBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管VBE0.5~0.7V,锗管UBE0.1~0.3V。vCE=0VvCE=0.5V

死区电压:硅管0.5-0.7V，锗管0.1-0.3V。第8页，课件共84页，创作于2023年2月(二)、输出特性:iC(mA)1234vCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AVB>VE和VC>VB

，

IC只与IB有关且IC=IB，称为放大区VCE0.3V,

VB>VE和VB>VC

，称为饱和区。IB=0,IC=ICEO,VB<VE和VB<VC，称为截止区。第9页，课件共84页，创作于2023年2月(三)、结论放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。IB>IC，VCE0.3V

(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏，IB=0，

IC=ICEO

0

1、三极管工作在三个区域的条件及特点:C、E间相当于短路C、E间相当于开路第10页，课件共84页，创作于2023年2月2、电流的放大作用及分配电流分配关系IB=020A40A60A80AiC(mA)1234vCE(V)36912第11页，课件共84页，创作于2023年2月思考1：处于放大区时，NPN型、PNP型两种三极管的各电极电位如何？EBCBECNNPPPNVB、VC、VE大于零VB、VC、VE小于零且VC>VB>VE且-VC>-VB>-VE总的来说:处于放大区时，NPN型、PNP型两种三极管，满足第12页，课件共84页，创作于2023年2月思考2：在同一坐标上绘制NPN型、PNP型三极管的输出特性曲线IB=020A40A60A80AiC2(mA)1234vCE(V)-12-9-6IB=020A40A60A80A-3IB=020A40A60A80AiC1(mA)1234vCE(V)36912BECNNPiC1EBCPPNiC2vCE(V)iC2(mA)第13页，课件共84页，创作于2023年2月四、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：1.电流放大倍数和

第14页，课件共84页，创作于2023年2月四、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：1.电流放大倍数和

第15页，课件共84页，创作于2023年2月2.集-基极反向饱和电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。第16页，课件共84页，创作于2023年2月BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBO3.集-射极反向饱和电流ICEOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。第17页，课件共84页，创作于2023年2月4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压。第18页，课件共84页，创作于2023年2月6.集电极最大允许功耗PCM

集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE

必定导致结温上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区第19页，课件共84页，创作于2023年2月五、温度对ＢＪＴ参数及特性的影响T、

ICEO、ICBOICiCuCE温度上升时，输出特性曲线上移第20页，课件共84页，创作于2023年2月六、常见三极管实物外形第21页，课件共84页，创作于2023年2月三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理一、放大电路的分类§4.2基本共射极放大电路第22页，课件共84页，创作于2023年2月二、共射放大电路的基本组成iCiBRsvSC1vBEVCCRCT~RBVBC2RB+VCCvotvStvItiCtv0t未加电容Ｃ２加电容Ｃ２vIv0第23页，课件共84页，创作于2023年2月三、符号规定VA:大写字母、大写下标，表示直流量。vA:小写字母、大写下标，表示交直流量(全量)。va:小写字母、小写下标，表示交流分量。vAva全量交流分量tVA直流分量第24页，课件共84页，创作于2023年2月(一）、放大的概念、放大器的组成框图１、放大就是将微弱的变化信号放大成较大的信号，包括对电压、电流的放大。２、放大器的一般组成框图：电压放大功率放大负载输入信号放大器引言:(§1.4--§1.5的内容)§4.3放大电路的分析方法第25页，课件共84页，创作于2023年2月（二）、放大电路的性能指标１、静态性能指标：

主要包括静态值：IＢQ、ICQ、VCEQ静态值决定了三极管的直流偏置，从而决定了放大电路能否正常工作，也决定了放大电路能否不失真地放大信号。放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和动态性能指标第26页，课件共84页，创作于2023年2月（1）、输入电阻Ri输入电阻是衡量放大电路从其前级信号源获取信号大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的信号越大。其定义为：~RSvsRiviii~RoAvviRLvoi0放大电路ii~vSviRLvoi0RS2、动态性能指标：第27页，课件共84页，创作于2023年2月（2）、输出电阻Ro放大电路的输出对其负载而言，相当于信号源，其内阻就是输出电阻。输出电阻是衡量放大电路带动负载能力大小的参数。输出电阻越小，带动负载的能力越大。其定义为：~RSvsRiviii~RoAvviRLvoi0放大电路ii~vSviRLvoi0RS第28页，课件共84页，创作于2023年2月a、电压放大倍数Av、Avs~RSvsRiviii~RoAvviRLvoi0放大电路ii~vSviRLvoi0RS（3）、放大倍数第29页，课件共84页，创作于2023年2月b、互导放大倍数（互导增益）Ag放大电路ii~vSviRLvoi0RS放大倍数c、互阻放大倍数（互阻增益）Ard、电流放大倍数Ai放大电路iiviRLvoi0~RSiS第30页，课件共84页，创作于2023年2月d、通频带fAvAvm0.7AvmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：BW=fH–fL放大倍数随频率变化曲线第31页，课件共84页，创作于2023年2月放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效法图解法计算机仿真3、放大电路分析方法第32页，课件共84页，创作于2023年2月一、静态分析放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。在令交流信号Vs=0,只考虑直流信号单独作用时放大电路的工作状态称为静态。

静态分析着重计算静态值（IＢQ、ICQ、VCEQ）和画出静态工作点Q。估算法：图解法：主要用于计算静态值（IＢQ、ICQ、VCEQ）主要用于画出静态工作点Q并找出最佳Q。第33页，课件共84页，创作于2023年2月步骤：原电路直流通道RB+VCCRC(一)、静态(估算法)分析的步骤直流通道计算IＢQ、ICQ、VCEQ开路开路RB+VCCRCC1C2TRs~vS原电路令vS=0第34页，课件共84页，创作于2023年2月根据直流通道估算IBQ、ICQ、VCEQ、IBQVBEQ（RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流）估算法ICQVCEQ直流负载线的方程+VCCRBRC第35页，课件共84页，创作于2023年2月ICＶCEVCC直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB(二)、静态(图解法)分析的步骤及应用1、步骤：画出三极管的输出特性画出直流负载线（ＶCE=VCC–ICRC）

计算IＢ直流负载线与iB=IB的输出特性的交点就是Q点QiB第36页，课件共84页，创作于2023年2月

iC、vCE变化，使工作点将移动iBvBEvItiBtIBQiCtICQQiCvCEQ2Q1VCEQtiB iCvOiBRsvSC1vBERCT~vIC2RB+VCC（1）、分析vS造成工作点在Q点上下移动的原因uS的变化，使vI

、

vBE有一微小的变化,从而造成iB、2、图解法的应用第37页，课件共84页，创作于2023年2月（2）、运用图解法选择最佳的静态工作点可输出的最大不失真信号iCvCEvovBEQiBtuiiBtvitVCCa、Q点在直流负载线的中点：可输出的最大不失真信号v0=vCE第38页，课件共84页，创作于2023年2月b、Q点过低：放大电路产生截止失真iCvCEvovBEiBtuiiBtuiQt放大电路产生截止失真v0=vCE第39页，课件共84页，创作于2023年2月c、Q点过高：放大电路产生饱和失真iCvCEuovBEiBtuitiBtuiQt放大电路产生饱和失真v0=vCE第40页，课件共84页，创作于2023年2月思考：电源电压VCC，电阻RB，RC，温度的变化对静态工作点的影响如何？iCvCEVCCIBQQ1I1BV1CC以VCC降低为例

以RB降低为例

Q3IBI2BQ2以RC增大为例

Q4以温度上升为例

第41页，课件共84页，创作于2023年2月例：已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。用估算法计算静态工作点解：~RB+VCCRCC1C2TRsvSIBQVBEQ+VCCRBRCICQUCEQ第42页，课件共84页，创作于2023年2月二、动态分析放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。在令直流信号VCC=0,只考虑交流信号单独作用时放大电路的工作状态称为动态。微变等效法：图解法：用于计算动态值略

动态分析着重计算动态值（Av

、Avs

、Ri、R0）分析方法第43页，课件共84页，创作于2023年2月(一)、三极管的微变等效电路1、输入回路的等效（b、e间的等效）从输入特性可知，当工作点围绕Q点作小幅波动时，可将Q1、Q2曲线近似为线段。rbe的量级从几百欧到几千欧。cvbeibvceicbeiBuBEvBEiBQQ2Q1三极管的b、e间可等效为电阻rbe等效rbeibbe第44页，课件共84页，创作于2023年2月iCvCE从输出特性可知，三极管处于放大区时，iC与vce无关2、输出回路的等效（c、e间的等效）三极管的微变等效电路cvbeibvceicbe三极管的c、e间可等效为一个受ib

控制的电流源ibce简易等效完全等效cibrceerce很大可认为开路第45页，课件共84页，创作于2023年2月三极管的微变等效电路icvbevcerbeibibrce等效cvbeibvceicberbeibibbceicrce很大，可认为开路第46页，课件共84页，创作于2023年2月(二)、动态分析的步骤步骤：原电路交流通道短路短路置零Rs~vSRB+VCCRCC1C2TRLv0viRBTRs~vSviRLv0RBC1RCC2RC原电路交流通路第47页，课件共84页，创作于2023年2月方法:将交流通道中的三极管用微变等效电路代替rbe步骤：原电路交流通道微变等效电路交流通路RBRCRLvivobce微变等效电路iiibRs~vSRBRCRLbcv0vivsRs~ibice动态分析的步骤第48页，课件共84页，创作于2023年2月1、电压放大倍数的计算特点：负载电阻越小，放大倍数越小。步骤：原电路交流通道计算动态值微变等效电路rbeiiibRBRCRLbcv0vivsRs~ibice动态分析的步骤第49页，课件共84页，创作于2023年2月2、输入电阻Ri及放大倍数Avs的计算rbeiiibRBRCRLbcv0viRsvs~ibiceRi式中：动态分析的步骤第50页，课件共84页，创作于2023年2月微变等效法3、输出电阻的计算r０采用外加电压法,设外加电压为，则：v0rbeiiibRBRCbcv0viRsibicer０i0iRC求R0的无源二端网络置零rbeiiibRBRCRLbcv0vivsRs~ibice第51页，课件共84页，创作于2023年2月§4.4工作点稳定的放大电路

为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。

对于基本共射放大电路（固定偏置电路）而言，由于VBE、和ICEO这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。第52页，课件共84页，创作于2023年2月1、温度对ＶBE的影响iBuBE25ºC50ºCTVBEIBICiCvOiBRsvSC1vBERCT~vIC2RB+VCCIBVBE+VCCRBRCICVCE…….固定偏置电路一、影响静态工作点稳定的因数第53页，课件共84页，创作于2023年2月2、温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，Q点上移；温度下降时，Q点下移；温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。第54页，课件共84页，创作于2023年2月二、稳定静态工作点Ｑ的措施

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致饱和失真或截止失真。为此，需要改进偏置电路，使IC不随温度变化而变化，即做到IC固定，从而就可以抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。3、常采用分压式偏置电路。具体方法有:1、采用热敏电阻的补偿电路。2、含恒流源的射极偏置电路。第55页，课件共84页，创作于2023年2月vORsvSC1RCT~vIC2RB+VCC0C采用热敏电阻的补偿电路vORsvSC1RCT~+VCCIS-VEEC2C3RB含恒流源的射极偏置电路第56页，课件共84页，创作于2023年2月三、分压式偏置电路（一）、静态分析I1I2IBRB1+VCCRCRB2RE直流通路VCEvoRB1+VCCRCC1C2

RB2CERERLviRsvS~第57页，课件共84页，创作于2023年2月静态值计算

ICQ可以认为与温度无关，Q点基本稳定。I1I2IBQRB1+VCCRCRB2RE直流通路VCEQVBQVBEQ第58页，课件共84页，创作于2023年2月（二）、动态分析+VCCvoRB1RCC1C2RB2CERERLviRsvS~voRB1RCRLviRB2交流通路RsvS~rbeRCRLR'B微变等效电路Rs~vs第59页，课件共84页，创作于2023年2月CE的作用：交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数、输入电阻不受影响。问题1：如果去掉CE，静态值会变化吗？+VCCvoRB1RCC1C2RB2CERERLviRsvS~问题2：如果去掉CE，放大倍数、输入电阻会变化吗？第60页，课件共84页，创作于2023年2月去掉CE后的交流通路和微变等效电路：rbevoRB1RCRLviRB2RERsvS~bceRCRLRER'BRs~vsbce交流通路微变等效电路(1)、电压放大倍数…..电压放大倍数降低第61页，课件共84页，创作于2023年2月RiRiRCRLRER'B~RsvsbcerbeiiibRBRCbcv0

viRsiceR０i0iRCrbeRE（2）、输入电阻（3）、输出电阻

……..输入电阻增大….输出电阻不变第62页，课件共84页，创作于2023年2月RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLvivoRE2问题3：如果电路如下图所示，如何分析？第63页，课件共84页，创作于2023年2月I1I2IBRB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLvivoRE2I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE1RE2静态分析：直流通路第64页，课件共84页，创作于2023年2月RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLvivoRE2动态分析：交流通路RB1RCRLvivoRB2RE1第65页，课件共84页，创作于2023年2月交流通路：RB1RCRLvivoRB2RE1微变等效电路：rbeRCRLRE1R'B第66页，课件共84页，创作于2023年2月§4.5共集电极放大电路RB+VCCRE直流通道RB+VCCC1C2RERLvivoRsvS~一、静态分析(又称为射极输出器、电压跟随器）第67页，课件共84页，创作于2023年2月IBQIEQRB+VCCRE直流通道VBEQICQVCEQ静态分析第68页，课件共84页，创作于2023年2月二、动态分析RB+VCCC1C2RERLvivoRsvS~交流通路RERLRBRs~

vsbce第69页，课件共84页，创作于2023年2月动态分析rbe微变等效电路vsRERLRBRs~bce交流通路RERLRBRs~vsbce第70页，课件共84页，创作于2023年2月交流通路RERLRBRs~

vsbceRB+VCCC1C2RERLvivoRsvS~rbevsRERLRBRs~bce微变等效电路第71页，课件共84页，创作于2023年2月1.电压放大倍数动态分析令：rbevsRERLRBRs~bce所以但电流ie增加了、故输出电流io被放大了。2、输入输出同相且即输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。结论：第72页，课件共84页，创作于2023年2月2.输入电阻RiRiRi动态分析……输入电阻较大rbevsRERLRBRs~bcerbeRERLRBbce第73页，课件共84页，创作于2023年2月3.输出电阻:用加压求流法求输出电阻。RＯ动态分析rbevsRERLRBRs~bce置零rbeRERBRsbceRＯiRE第74页，课件共84页，创作于2023年2月与共射极放大电路输出电阻计算的区别+VCCvoRB1RCC1C2RB2RERLviRsvS~iiibRBRCbcv0

viRsiceR０i0iRCrbeRE第75页，课件共84页，创作于2023年2月3.输出电阻用加压求流法求输出电阻。动态分析rbeRERBRsbceRＯiRE……输出电阻很小第76页，课件共84页，创作于2023年2月三、共发射极、共集电极放大电路的使用比较1.由于输入电阻大，可将共发射极、共集电极放大电路放在放大电路的首级（输入级），提高信号的获取能力。３.由于输出电阻小，可将共集电极放大电路放在放大电路的末级（输出级），提高带负载能力。4.可将共集电极放大电路放在放大电路的中间（缓冲级），可以起到电路的阻抗匹配作用。放大电路1负载放大电路2放大电路3放大电路n输入信号２.由于电压放大倍数大，可将共发射极放大电路放在放大电路的中间（中间级），起电压放大作用。第77页，课件共84页，创作于2023